Determination of δ-aminolevulinic acid-induced protoporphyrin IX in blood

In neurosurgery, δ-aminolevulinic acid-induced fluorescence-guided resection (ALA-FGR) of high grade gliomas (HGGs) improves tumor resection. ALA is a precursor of protoporphyrin IX (PPIX) and accumulates in tumor tissue assisting surgery by its fluorescence. In an effort to investigate whether ALA-...

Authors: Walke, Anna
Suero Molina, Eric Jose
Müther, Michael
Stummer, Walter
König, Simone
Document types:Article
Media types:Text
Publication date:2019
Date of publication on miami:16.05.2019
Modification date:07.04.2022
Source:Mercator Journal of Biomolecular Analysis, 3 (2019) 1, S. 1-13
Edition statement:[Electronic ed.]
Subjects:Mass spectrometry; protoporphyrin IX; brain tumor; ALA-FGR Massenspektrometrie; Protoporphyrin IX; Hirntumor; ALA-FRG
DDC Subject:572: Biochemie
License:CC BY-SA 3.0 DE
Language:English
Format:PDF document
URN:urn:nbn:de:hbz:6-84199486146
Permalink:https://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hbz:6-84199486146
Digital documents:mercator_journal_2019_3_1.pdf

In neurosurgery, δ-aminolevulinic acid-induced fluorescence-guided resection (ALA-FGR) of high grade gliomas (HGGs) improves tumor resection. ALA is a precursor of protoporphyrin IX (PPIX) and accumulates in tumor tissue assisting surgery by its fluorescence. In an effort to investigate whether ALA-induced PPIX can also be a serum biomarker for HGGs, a method for its detection in blood was developed. It involved analyte purification by liquid-liquid-extraction and its detection using target-MRM with an ion trap mass spectrometer coupled to capillary liquid chromatography. Analysis was possible from both serum and anticoagulated whole blood, but only ¼ of the starting sample volume was needed in case of the latter (4 ml serum vs. 1 ml whole blood). However, handling was also more challenging for whole blood so that, ultimately, an optimized method for the analysis of serum is aimed for. It will also resolve the problem that PPIX is measured as the sum of PPIX and endogenous Zn-bound PPIX in whole blood, while the detection of the latter can be avoided in serum. Preliminary results indicate higher PPIX levels in whole blood of patients suffering from HGG, who received ALA prior to venipuncture, in comparison to healthy controls. A time-series of PPIX levels in whole blood of a HGG patient undergoing surgery agreed with the observed fluorescence changes in tissue. These promising results encourage further method optimization and investigations both in whole blood and serum, which provides the purer analyte, but much less of it.

In der Neurochirurgie verbessert die δ-Aminolevulinsäure-induzierte Fluoreszenz-geleitete Resektion (ALA-FGR) von high grade Gliomas (HGGs) die Tumor Entfernung. ALA ist ein Vorläufer von Protoporphyrin IX (PPIX) und akkumuliert in Tumorgewebe. Durch die PPIX-Fluoreszenz wird der Tumor während der Operation besser sichtbar. Um zu untersuchen, ob ALA-induziertes PPIX auch ein Serum-Biomarker für HGGs sein kann, wurde eine Methode für seine Messung in Blut entwickelt. Diese basierte auf einer Reinigung des Analyten mittels Flüssig-Flüssig-Extraktion und seinem Nachweis durch Target-MRM mit einer Ionenfalle gekoppelt an Kapillar-Flüssigchromatographie. Die Analyse war sowohl aus Serum als auch aus antikoaguliertem Vollblut möglich, aber bei letzterem wurde nur ¼ des Anfangsvolumens benötigt (4 ml Serum vs. 1 ml Vollblut). Jedoch war die Probenverarbeitung im Fall von Vollblut auch eine größere Herausforderung, so dass ultimativ eine optimierte Methode für die Serumanalyse geschaffen werden soll. Damit wird zusätzlich das Problem gelöst, dass PPIX im Vollblut als Summenparameter von PPIX und endogenem Zn-gebundenem PPIX gemessen wird, während die Bestimmung von letzterem in Serum vermieden werden kann. Vorläufige Ergebnisse indizieren höhere PPIX-Level in Vollblut bei HGG-Patienten nach ALA-Gabe im Vergleich zu gesunden Kontrollen. Eine Zeitserie der Vollblut-PPIX-Level einer HGG-Patientin während der OP stimmte mit den Änderungen der Gewebsfluoreszenz überein. Diese positiven Ergebnisse sprechen für weitere Optimierungsversuche sowohl in Vollblut als auch in Serum.